ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ ВОЛЬФРАМСОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ МЕТАЛЛАМИ ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ

А.С.Борилко, И.А. Астапов, JLA. Коневцов, A.C. Шпагин

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОМ ЛЕГИРОВАНИИ ВОЛЬФРАМСОДЕРЖАЩИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ МЕТАЛЛАМИ ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ

WC-based hard alloys have been investigated. Doping impurity process of WC-alloys has been executed by equipment «EL1TRON-22A». Mass transfer kinetic has been researched. Destruction of electrodes occurs primary fusible with transition into spherical phase. Введение

Одна из важнейших задач материаловедения - упрочнение материалов с целью повышения износостойкости инструментов. С этой целью широко используются твердосплавные инструменты на основе карбида вольфрама. В связи с тем, что вольфрам является дорогостоящим металлом, весьма актуальна задача получения упрочняющих покрытий на вольфрамсодержащих твердых сплавах (ВТС). Один из способов нанесения таких покрытий - метод электроискрового легирования (ЭИЛ), отличающийся в первую очередь возможностью применения любых токопроводящих материалов.

Вопросам воздействия выбора покрытия на свойства твердых сплавов посвящен ряд работ, но до сих пор остаются невыясненными некоторые особенности формирования поверхностного слоя [1-3]. Материалы и методика эксперимента

В качестве исследуемых объектов использовались образцы твердого вольфрамсодержащего сплава ВК8, легированные металлами IV группы: титаном (Ti), цирконием (Zr) и гафнием (Hf). Образцы предварительно шлифовались.

Для получения слоя методом (ЭИЛ) применялась установка ЭЛИТРОН-22А. Легирование выполнялось в режиме: сила тока 1ср= 0,8 А, напряжение Ucp= 65 В, частота импульсов уср= 100 имп/сек.

Во время процесса легирования были собраны эрозионные частицы, для этого в непосредственной близости от контакта электродов было размещено чистое стекло, на котором оседали продукты эрозии.

Было измерено количество частиц и их размеры; полученные данные обработаны посредством пакета электронных таблиц. Наблюдение продуктов эрозии произво

дилось с помощью оптического микроскопа БИОЛАМ М при увеличениях, описанных в таблице.

Значения увеличения микроскопа для разных частиц

Обра зец ТШК8 Zr/BK8 Н/ВК8

Фаза сфер хруп- сфер хруп сфе- хрупи- кая и- кая риче кая

ческа ческа ская

Уве-личе ние 420 220 420 960 960 420

Фазовый анализ был проведен с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-7 методом Дебая-Шеррера с фокусировкой по Брэггу-Брентано в режиме: 30 кВ, 25 мА, 3-104имп/с.

Результаты и обсуждение

При легировании происходит изменение масс электродов. Если пронаблюдать этот процесс, можно построить графическую зависимость массы анода или катода от времени. Это позволит получить представление о целесообразности обработки материала методом ЭИЛ и определить оптимальное время легирования поверхности.

Для исследуемых образцов были получены зависимости, представленные на рис. 1 -3.

Исходя из этих зависимостей, можно сказать, что порог хрупкого разрушения для титана - около 4,5 мин.; для циркония он немного больше 3 мин., а для гафния не наблюдается в течение всего времени легирования.

Фотографии эрозионных частиц, видных в окуляр микроскопа в отраженном свете, приведены на рис. 4-6.

В результате обработки полученных данных было определено, что среди продуктов эрозии ТШК8 хрупкая фаза составляет 24%, сферическая -81%; для

Zr/BK8: хрупкая - 21 %, сферическая - 79%; для хрупкая - 26%,

сферическая - 74%. Количество частиц определенных размеров можно видеть из гистограмм на рис. 7-12.

Из этих гистограмм видно, что наиболее характерными для хрупкой фазы при легировании титаном являются частицы размерами до 25 мкм, для сферической фазы - 2,5-5 мкм. Для циркония в качестве анода большинство частиц имеет размеры до 6,8 мкм; для гафния - до 5,1 мкм.

Был исследован фазовый состав образца ВК8, выступавшего в качестве катода при ЭИЛ, до и после обработки карбидом ^^ а также фазовый состав карбида. Произошедшие изменения можно пронаблюдать на рис. 13.

см <

о Щ 5 X а>

я а. s а. с 200,00 0,00 -200,00 -400,00 -600,00 -800.00 -1000,00 -1200,00 -ОтОв4т§9время, мин.

.-------------------привес катода

------------------- эрозия анода

Рис. 1. Кинетика массопереноса при ЭИЛ Ti/BK8. ^ <

О о т

s о. с 200,00 1

привес катода эрозия анода

Рис. 2. Кинетика массопереноса при ЭИЛ Zr/BK8.

сч <

о о (в S 0> 5

т а. s о. с ■ 200,00 0,00 -200,00 -400,00 -600,00 -800,00 -1000.00 -1200.00 -АШ4т34время, мин.

привес катода эрозия анода

Рис. 3. Кинетика массопереноса при ЭИЛ Н/ВК8.

Рис. 4. Продукты эрозии при ЭИЛ ВТС ВК8 титаном (Т^. Рис. 5. Продукты эрозии при ЭИЛ ВТС ВК8 цирконием ^г). Рис. 6. Продукты эрозии при ЭИЛ ВТС ВК8 гафнием (Н^.

Щтт ■■и

л ф? V ч„> лллл размеры частиц, мкм

Рис.. 9. Zr/BK8, хрупкая фаза 21%.

Рис. 10. Zr/BK8, сферическая фаза 79%.

гг. ю* со" да о" V- ^ ю

СО Л М О) Ф

размеры частиц, мкм

Рис. 12. ^7ВК8, сферическая фаза 74%.

ю 20 30 40 80 во 70 80 90

Рис. 13. Рентгенофазовый анализ образца: а) твердый сплав ВК8 до обработки методом ЭИЛ; б) материал анода - Т^ в) твердый сплав ВК8 через 7 мин. обработки методом ЭИЛ (анод - Т^.

Можно видеть, что на графике 1 Зв наблюдаются пики, которых не было на графике 13а. Это свидетельствует, что материал был перенесен с анода на катод. Нужно отметить также факт возникновения нитридов после обработки. Соединение TiN возникло при взаимодействии вещества анода со средой легирования - воздухом.

Кобальт, присутствующий в структуре твердого сплава ВК8, и оксид ТЮ2 в составе анода при взаимодействии с материалом анода способствовали образованию оксида СоТЮг Выводы

крытий твердых сплавов в качестве анода выгодно использовать титан и его соединения (бориды, карбиды, нитриды и др.).